JP2009195162A - 藻類培養装置 - Google Patents

Abstract

【課題】濁度や乾燥重量等を測定しなくとも藻類の増殖状況を迅速に把握して培養条件を制御可能とすることを所期課題とするものである。
【解決手段】培養液を収容してその中で藻類を培養することが可能な培養槽と、前記培養槽に培養液を流入させる流入路と、前記培養槽から培養液を流出させる流出路と、前記培養槽に流入する培養液中に微細気泡化したＣＯ_２を供給するバブル供給部と、前記培養槽に流入する培養液中の微細気泡量を計測する流入バブル計測部と、前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量を計測する流出バブル計測部と、前記培養槽に流入した培養液中の微細気泡量と、前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量との差を算出するバブル差分算出部と、前記微細気泡量の差に基づき培養装置を制御する制御部と、を備えるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、濁度や乾燥重量等を測定しなくとも藻類の増殖状況を容易に把握して培養条件を制御することが可能な藻類培養装置に関する。

例えば海では、植物プランクトン→動物プランクトン→小型甲殻類→魚介類・・・と繋がった食物連鎖が観察される。この食物連鎖系を人工的に構築できれば、従来の養殖から進んだいわゆる魚工場を構成することができる。海における食物連鎖の最下層に位置する植物プランクトンのうち藻類は各種の有用物質を産生する点からも注目されている。

藻類を人工的に培養する場合、通常その増殖状況は培養液の濁度や藻類の乾燥重量等により把握されるが（特許文献１、特許文献２参照）、濁度を測定する場合、増殖が進行し濃度が高くなると培養液を希釈する必要が生じ作業が煩雑になる。また、乾燥重量を測定するには藻類を乾燥する工程が必要となるので迅速な増殖状況の把握は困難である。

これに対して、ＣＯ_２の消費量から増殖状況を把握することができれば、培養液の希釈作業や乾燥工程は不要であり、即時に増殖状況の把握が可能となり、経時的な増殖状況の追跡に極めて有効である。
特開平１１−３４６７６０号公報 特開２００２−３１５５６９号公報

しかしながら、培養液中に通気したＣＯ_２は通常０．１ｍｍ以上の直径の気泡を形成するが、このような気泡の培養液中の滞留時間は短いので、ほとんど培養液中には溶解せず、略そのまま排出される。このため、単にＣＯ_２の供給量と排出量とを比較してもＣＯ_２の消費量を的確に把握することは困難である。

そこで本発明は、濁度や乾燥重量等を測定しなくとも藻類の増殖状況を迅速に把握して培養条件を制御可能とすることを所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る藻類培養装置は、培養液を収容してその中で藻類を培養することが可能な培養槽と、前記培養槽に培養液を流入させる流入路と、前記培養槽から培養液を流出させる流出路と、前記培養槽に流入する培養液中に微細気泡化したＣＯ_２を供給するバブル供給部と、前記培養槽に流入する培養液中の微細気泡量を計測する流入バブル計測部と、前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量を計測する流出バブル計測部と、前記培養槽に流入した培養液中の微細気泡量と、前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量との差を算出するバブル差分算出部と、前記微細気泡量の差に基づき培養装置を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。

なお、本発明において、微細気泡とは、直径がマイクロ（５０μｍ以下）〜ピコオーダの気泡（マイクロバブル、ナノバブル、ピコバブル）を意味する。このような微細な気泡は、通常の気泡が液中を急激に上昇し液面で破裂するのに対して、上昇速度が遅く長時間液中に留まり続ける。そして、液中の微細気泡は気相と液相との界面間で生じた界面張力により加圧されより一層小さくなる。更に、微細気泡は負に帯電しており、互いに反発するので、結合することがなく、気泡濃度が低下しない。このため、微細気泡は液中に高密度で分散することができる。

従って、このような本発明に係る藻類培養装置によれば、培養液中の微細気泡化したＣＯ_２（以下、ＣＯ_２バブルという。）の密度を常に高く維持することができ、藻類が光合成に伴いＣＯ_２を消費することにより培養液中の溶存ＣＯ_２濃度（ＣＯ_３ ^２−濃度）が低下しても、常にＣＯ_２バブルからＣＯ_２が供給されるので、溶存ＣＯ_２濃度を略飽和濃度に維持することができる。このため、ＣＯ_２バブルの減少量を藻類の増殖に伴い減少した培養液中の溶存ＣＯ_２量と略みなすことができる。従って、減少したＣＯ_２バブル量を藻類の増加量と相関する変数として処理することにより、濁度や乾燥重量等を測定しなくとも、単にＣＯ_２バブルの減少量を測定することにより藻類の増殖状況の概要を迅速に把握することが可能となる。

更に、微細気泡化したＣＯ_２には、藻類細胞中へのＣＯ_２（ＣＯ_３ ^２−）吸収率の向上作用や、殺菌作用や水質浄化作用もある。このため、微細気泡化したＣＯ_２により、藻類の光合成が活性化されるともに、藻類の培養環境を清浄に保つこともできる。

なお、培養液を収容してその中で藻類を培養することが可能な培養槽と、前記培養槽に培養液を流入させる流入路と、前記培養槽から培養液を流出させる流出路と、前記培養槽に流入する培養液中に微細気泡化したＣＯ_２を供給するバブル供給部と、前記培養槽に流入する培養液中の微細気泡量を計測する流入バブル計測部と、前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量を計測する流出バブル計測部と、を備えている培養装置を制御するためのシステムであって、前記培養槽に流入する培養液中の微細気泡量と、前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量との差を算出するバブル差分算出部と、前記微細気泡量の差に基づき培養装置を制御する制御部と、を備えている藻類培養制御システムもまた、本発明の１つである。

また、培養液を収容してその中で藻類を培養することが可能な培養槽と、前記培養槽に培養液を流入させる流入路と、前記培養槽から培養液を流出させる流出路と、前記培養槽に流入する培養液中に微細気泡化したＣＯ_２を供給するバブル供給部と、前記培養槽に流入する培養液中の微細気泡量を計測する流入バブル計測部と、前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量を計測する流出バブル計測部と、を備えている培養装置を制御するシステムを作動させるためのコンピュータに、前記培養槽に流入する培養液中の微細気泡量と、前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量との差を算出するバブル差分算出部と、前記微細気泡量の差に基づき培養装置を制御する制御部と、しての機能を実現させるためのプログラムもまた、本発明の１つである。

しかして、本発明によれば、濁度や乾燥重量を測定しなくとも、単にＣＯ_２バブルの減少量を計測することにより、迅速かつ簡便に藻類の増殖状況の概要を把握して、培養条件を速やかに制御することができる。このため、培養装置の運転の自動化も可能である。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る藻類培養装置１は、図１に模式的に示すように、培養液を収容してその中で藻類を培養することが可能な培養槽２と、培養槽２に培養液を流入させる流入路３と、培養槽２から培養液を流出させる流出路４と、培養槽２に流入する培養液中にＣＯ_２バブルを供給するバブル供給部５と、培養槽２に流入する培養液中のＣＯ_２バブル量を計測する流入バブル計測部６と、培養槽２から流出した培養液中のＣＯ_２バブル量を計測する流出バブル計測部７と、培養槽２等に制御信号を送信する情報処理装置８と、を備えている。

培養槽２は、培養液を収容してその中で藻類を培養するためのものであり、培養液を攪拌する攪拌部２１と、培養液の温度を調節する温度調節部２２と、培養槽２中に光を照射する光照射部２３と、を備えている。

攪拌部２１は、培養槽２中の培養液を攪拌して、藻類やＣＯ_２バブル等を培養液中に均一に分散するためのものであり、駆動機構を備えた攪拌棒の先端に攪拌用フィンが設けてあり、攪拌棒が回転することにより、先端に設けられたフィンが培養液を攪拌するように構成してある。

温度調節部２２は、培養槽２中の培養液の温度を藻類の増殖に適した温度に調整するためのものであり、例えば、シートヒータ、ブロックヒータ、恒温水を循環させる装置、ペルチェ素子を用いた装置等が挙げられる。

光照射部２３は、培養槽２中の藻類に上方から光を照射するものであり、例えば、光源として蛍光灯やＬＥＤ等を備えており、適宜、増殖に適した波長や光量を有する光を照射するように構成してある。

流入路３は、培養槽２中に培養液を流入させるためのものであり、培養槽２に設けてある流入口３１をその下流端とする。流入路３を流通した培養液は流入口３１から培養槽２中に流入する。

流出路４は、培養槽２中から培養液を流出させるためのものであり、培養槽２に設けてある流出口４１をその上流端とする。本実施形態では、流出口４１が培養槽２の上部に設けてあり、培養槽２中の培養液が所定の液量を超え、培養液の液面の高さがＨを超えると、余剰の培養液が流出口３１から流出路４へ流出するように構成してある。

本実施形態では、バルブ１１を開けることにより、流入路３と流出路４とが繋がり、循環流路を構成する。

バブル供給部５は、流入路３上に設けられ、流入路３から培養槽２中に流入する培養液中にＣＯ_２バブルを供給するためのものであり、加圧溶解による方法（加圧して気体をより多く溶解した状態からキャビテーション等を用いて微細気泡を発生させる方法）や、超音波による方法（超音波を与えることにより気泡を加振させて分裂させる方法）や、剪断による方法（激しい流れの中に気体を吹き込んで気体を引きちぎって気泡を細かくする方法）や、衝撃波による方法（ベンチェリ管による衝撃波を用いて発生させる方法）や、微細孔のある中空構造体に気体を通気させる方法等を用いて、ＣＯ_２をマイクロバブル〜ピコバブル化する。

流入バブル計測部６は、流入路３から培養槽２中に流入する培養液中のＣＯ_２バブル量を計測するものであり、電気抵抗法やレーザ遮光法等を用いてＣＯ_２バブル量（数、密度等）を計測し、測定されたＣＯ_２バブル量の検出信号を後述する情報処理装置８に送信する。

流出バブル計測部７は、培養槽２中から流出路４へ流出した培養液中のＣＯ_２バブル量を計測するものであり、流入バブル計測部６と同様に電気抵抗法やレーザ遮光法等を用いてＣＯ_２バブル量（数、密度等）を計測し、測定されたＣＯ_２バブル量の検出信号を後述する情報処理装置８に送信する。

情報処理装置８は、ＣＰＵや、メモリ、入出力チャンネル、キーボード等の入力手段、ディスプレイ等の出力手段、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を備えた汎用乃至専用のものであり、前記ＣＰＵ及びその周辺機器が、前記メモリの所定領域に格納されたプログラムに従って協働動作することにより、少なくともバブル差分算出部８１、制御部８２として機能する。なお、この情報処理装置８は、物理的に一体である必要はなく、有線又は無線により複数の機器に分割されていてもよい。

バブル差分算出部８１は、流入バブル計測部６から培養槽２に流入した培養液中のＣＯ_２バブル量の検出信号を受け取り、流出バブル計測部７から培養槽２から流出した培養液中のＣＯ_２バブル量の検出信号を受け取って、培養槽２に流入した培養液中のＣＯ_２バブル量と、培養槽２から流出した培養液中のＣＯ_２バブル量との差を算出するものである。そして、ＣＯ_２バブル量が減少していた場合（流入ＣＯ_２バブル量＞流出ＣＯ_２バブル量）は、ＣＯ_２バブルの減少量を藻類の増殖に伴い減少した培養液中の溶存ＣＯ_２量とみなすことができる。バブル差分算出部８１は算出したＣＯ_２バブル量の差の検出信号を制御部７に出力する。

制御部８２は、バブル差分算出部８１からＣＯ_２バブル量の差の検出信号を受け取り、これに基づいて、攪拌部２１、温度調節部２２、光照射部２３、バブル供給部５等に制御信号を出力して、適宜、培養条件を制御するものである。

藻類培養装置１は、更に培養液タンク９を有しており、培養槽２中の藻類が充分に増殖した場合は、バルブ１１を閉じる一方、バルブ１０、１２を開けて、新たな培養液を培養液タンク９から培養槽２に供給しつつ、培養槽２中の藻類を培養液とともに藻類培養装置１外に排出し回収して、例えば魚工場の動物プランクトンに餌として与えてもよい。

一方、培養の初期段階では、バルブ１１を開ける一方、バルブ１０、１２を閉じて、培養液タンク９からの新たな培養液の供給は行なわずに培養液を循環させた方が、藻類が希釈されず、また培養液の組成の変化に伴う負担が藻類にかからないので、速やかに対数増殖期に移行することができる。

藻類培養装置１で培養する藻類としては特に限定されないが、例えば、キートセラス、ナンノクロロプシス、イソクリシス、パブロバ、テトラセルミス等の単細胞藻類が好適である。

このような構成を有する本実施形態によれば、ＣＯ_２バブルの減少量を、藻類が光合成に伴いＣＯ_２を消費することにより減少した培養液中の溶存ＣＯ_２量と略みなすことができる。従って、減少したＣＯ_２バブル量を藻類の増加量と相関する変数として取り扱うことができる。このため、ＣＯ_２バブルの減少量から藻類の増殖状況の概要を把握することができるので、濁度や乾燥重量等を測定しなくとも、即時に増殖状況の把握が可能となり、経時的な増殖状況の追跡が容易になる。

そして、ＣＯ_２バブルの減少量に基づき把握された増殖状況から即時に、光（光量、波長等）、攪拌状態（攪拌棒の回転数）、温度、ＣＯ_２バブル供給量等の培養条件を制御して、増殖速度等を調節することが可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

攪拌部２１は振盪器、マグネット攪拌器等であってもよい。

光照射部２３の設置位置は培養槽２の上方に限られず、培養槽２の側方や下方又は培養液中に挿入された光源から光を照射するように設けてあってもよい。また、光照射部２３は培養槽２の外部に設けたＬＥＤ等の人工光源からの人工光又は太陽光を、光ファイバを用いて栽培槽２内に導光して照射するものであってもよい。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてもよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る藻類培養装置を示す模式的構成図。

符号の説明

１・・・藻類培養装置
２・・・培養槽
３・・・流入路
４・・・流出路
５・・・バブル供給部
６・・・流入バブル計測部
７・・・流出バブル計測部
８１・・・バブル差分算出部
８２・・・制御部

Claims (4)

1. 培養液を収容してその中で藻類を培養することが可能な培養槽と、
   前記培養槽に培養液を流入させる流入路と、
   前記培養槽から培養液を流出させる流出路と、
   前記培養槽に流入する培養液中に微細気泡化したＣＯ_２を供給するバブル供給部と、
   前記培養槽に流入する培養液中の微細気泡量を計測する流入バブル計測部と、
   前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量を計測する流出バブル計測部と、
   前記培養槽に流入した培養液中の微細気泡量と、前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量との差を算出するバブル差分算出部と、
   前記微細気泡量の差に基づき培養装置を制御する制御部と、を備えている藻類培養装置。
2. 前記微細気泡は、マイクロバブル、ナノバブル、又は、ピコバブルである請求項１記載の藻類培養装置。
3. 培養液を収容してその中で藻類を培養することが可能な培養槽と、
   前記培養槽に培養液を流入させる流入路と、
   前記培養槽から培養液を流出させる流出路と、
   前記培養槽に流入する培養液中に微細気泡化したＣＯ_２を供給するバブル供給部と、
   前記培養槽に流入する培養液中の微細気泡量を計測する流入バブル計測部と、
   前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量を計測する流出バブル計測部と、を備えている培養装置を制御するためのシステムであって、
   前記培養槽に流入する培養液中の微細気泡量と、前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量との差を算出するバブル差分算出部と、
   前記微細気泡量の差に基づき培養装置を制御する制御部と、を備えている藻類培養制御システム。
4. 培養液を収容してその中で藻類を培養することが可能な培養槽と、
   前記培養槽に培養液を流入させる流入路と、
   前記培養槽から培養液を流出させる流出路と、
   前記培養槽に流入する培養液中に微細気泡化したＣＯ_２を供給するバブル供給部と、
   前記培養槽に流入する培養液中の微細気泡量を計測する流入バブル計測部と、
   前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量を計測する流出バブル計測部と、を備えている培養装置を制御するシステムを作動させるためのコンピュータに、
   前記培養槽に流入する培養液中の微細気泡量と、前記培養槽から流出した培養液中の微細気泡量との差を算出するバブル差分算出部と、
   前記微細気泡量の差に基づき培養装置を制御する制御部と、しての機能を実現させるためのプログラム。